第二单元 跨学科实践活动4 基于特定需求设计和制作简易供氧器教学设计-2026-2027学年九年级化学人教版上册

该初中化学教学设计聚焦“基于特定需求设计和制作简易供氧器”跨学科实践，核心知识点涵盖氧气性质、实验室制氧原理与装置。课堂通过登山、医疗等真实场景需求讨论导入，衔接第二单元学过的制氧原理，搭建从实验室装置到产品设计的迁移支架。 此资料特色在于跨学科融合化学定量计算、物理气体收集与工程结构设计，以“需求-信息-设计-制作-评价”完整任务链培养科学探究与实践能力，如试剂用量计算和装置优化环节发展科学思维。通过为特定人群设计增强科学态度与责任，提升学生动手与问题解决能力，为教师提供清晰任务支架与过程评价支持。

跨学科实践活动4 基于特定需求设计和制作简易供氧器 课标要求 本课属于《义务教育化学课程标准（2022年版）》"化学与社会·跨学科实践"学习主题。课标要求：能运用化学知识，结合多学科知识和工程技术手段，解决与物质转化、资源利用相关的简单实际问题；在跨学科实践中体会科学、技术、工程融合解决问题的方法。 教材分析 本活动是第五单元的跨学科实践活动，对应教材"跨学科实践活动 4 基于特定需求设计和制作简易供氧器"。活动目标：进一步巩固对氧气性质和实验室制取氧气原理与装置的认识，了解实现物质定量转化的方法，综合应用多学科知识和工程技术手段解决实际问题。教材设计四个任务：任务一了解需求（哪些人群/场景需要供氧器及其特点）；任务二获取信息（商品化供氧器类型、阅读说明书、拆解、与实验室制氧对比）；任务三设计制作（选原理、绘图、计算试剂用量、制作、试验优化、写说明书）；展示与交流（展示、互评、分享）。 学情分析 学生已学完第二单元"氧气的性质与实验室制取"（高锰酸钾、过氧化氢、氯酸钾制氧），具备制氧原理与装置基础；但此前多为"验证性实验"，首次面临"为特定需求设计制作一个产品"的工程任务，在原理选型、定量计算试剂用量、结构设计与优化方面缺乏经验，需要教师提供清晰的任务支架与过程评价。 教学目标 基础目标（全员必达）：①能说明特定场景（登山、医疗、潜水等）对供氧器的需求特点；②能比较商品化供氧器与实验室制氧在原理、收集、装置上的异同；③能选定一种制氧原理，绘制设计图并动手制作简易供氧器。 提升目标（选达拓展）：④能根据化学方程式计算所需试剂用量（联系课题2计算）；⑤能编写使用说明书，并对产品进行试验、评价与优化。 教学重、难点 重点：①明确供氧器的特定需求与制氧原理选型；②设计制作简易供氧器并能计算试剂用量、编写说明书。 难点：①从多种制氧原理中合理选型并论证；②试剂用量的定量计算与工程结构的优化。 核心素养 在"需求—信息—设计—制作—评价"的完整工程实践中，发展"科学探究与实践"素养；融合化学（制氧原理、定量计算）、物理（气体收集、压强）、工程（结构设计）等多学科视角，体会"科学—技术—工程"融合；通过为特定人群设计供氧器，增强关爱生命、服务社会的责任意识。 教学流程 任务一 了解需求（场景与特点） 　　→ 任务二 获取信息（商品化供氧器·与实验室制氧对比） 　　→ 任务三(1) 设计制作（选原理·绘图·计算用量） 　　→ 任务三(2) 试验优化·编写说明书 　　→ 展示与交流（展示·互评·分享） 教学环节 教学活动 设计意图 二次备课（问题链） 环节一 任务一·了解需求 【教师】提出问题：登山队员、高原居民、医疗急救、潜水员、航天员在哪些场景需要供氧器？相应的供氧器应具备什么特点（便携、操作简单、安全可靠、成本低）？组织小组讨论，确定本组要服务的目标人群与设计制作目标。 【学生】结合生活与科普知识列举需氧场景，讨论并选定一个具体目标（如"高原徒步便携供氧器"），明确产品功能指标。 以真实需求驱动工程任务，让学生体会"为谁设计、设计什么"，建立目标导向的设计意识。 ①基础巩固：哪些人群或场景需要携带供氧器？ ②能力迁移：为登山设计的供氧器，最重要的特点是什么？ ③中考对接：常以"氧气的用途/供给"情境考查性质与需求对应。 环节二 任务二·获取信息(1) 【教师】要求学生查阅资料，了解目前商品化供氧器的类型（压缩氧气瓶、化学制氧剂、分子筛制氧等）；阅读有参考价值的供氧器说明书，尝试实物演示或拆解，了解其组成、结构、工作原理和操作方法。 【学生】分组查阅、汇报商品化供氧器类型，初步认识"产品"应具备的组成与结构，积累设计素材。 通过调查与资料研读，获取真实产品的工程信息，为后续自主设计提供范本与灵感。 ①基础巩固：常见的商品化供氧器有哪些类型？ ②能力迁移：化学制氧与压缩氧供氧各有什么优缺点？ ③中考对接：以"信息提取"形式考查对说明书/原理的理解。 环节三 任务二·获取信息(2) 【教师】引导各组的供氧器与"实验室制取氧气"对比：在制氧原理（如过氧化氢分解、氯酸钾分解、高锰酸钾分解）、收集方法、仪器装置等方面有何异同？综合多学科知识分析原因，总结供氧器的工作原理与组成特点。 【学生】填写对比表，归纳"供氧器=制氧原理+发生/收集装置+安全控制"，理解实验室原理如何转化为产品。 建立"实验室原理→产品装置"的迁移桥，使学生明确设计的可依据框架，降低设计门槛。 ①基础巩固：简易供氧器与实验室制氧在原理上有什么联系？ ②能力迁移：为什么产品更强调"安全"与"便携"？ ③中考对接：以"装置对比/原理选用"综合考查（衔接第二单元）。 环节四 任务三·设计制作(1) 【教师】指导各组：根据使用要求和已有条件，选择合适的制氧原理（如过氧化氢+二氧化锰、或过碳酸钠+催化剂），绘制供氧器设计图；结合课题2的计算方法，根据目标供氧量计算所需试剂用量（如产生1 L O2 需多少 H2O2）。提供材料清单与安全提示。 【学生】选定原理、绘制设计图，进行试剂用量计算，形成包含"原理—结构—用量"的设计方案，经小组讨论完善。 将化学计算（课题2）嵌入真实工程设计，实现"学以致用"；绘图与计算并重，发展工程思维。 ①基础巩固：若用 过氧化氢制氧，如何计算所需过氧化氢质量？ ②能力迁移：设计时要同时考虑哪些因素（原理/结构/安全/成本）？ ③中考对接：以"依据方程式计算试剂用量"综合实践题考查。 环节五 任务三·设计制作(2) 【教师】组织学生按设计方案动手制作简易供氧器；进行供氧试验，观察供氧效果（如用带火星木条检验）；引导从工程技术角度分析效果、优化产品（如改进气体导出、增加湿润装置）；编写自制供氧器的使用说明书（原理、用法、注意事项）。 【学生】制作并试验，记录现象、发现问题、提出改进；合作编写说明书，体验"设计—制作—测试—优化"的完整工程循环。 在"做中学"中深化对制氧原理与定量转化的理解，培养动手实践、迭代优化与表达交流能力。 ①基础巩固：如何检验自制供氧器产生的气体是氧气？ ②能力迁移：试验中发现供氧不畅，可能是什么原因？如何改进？ ③中考对接：以"实验评价与改进"形式考查工程思维。 环节六 展示与交流 【教师】组织班级展示会：各组展示供氧器，介绍工作原理、制作方法与供氧效果；引导组间互评（科学性、完整性、创意、合作四维度），评选"最佳设计""最佳讲述"；总结跨学科实践的方法与收获。 【学生】轮流宣讲、演示，参与多元评价，反思本组不足与改进方向，在交流中内化科学本质与工程方法。 以展示互评实现过程性评价与反思改进，落实核心素养的全面发展，升华活动价值。 ①基础巩固：评价一个供氧器设计可以从哪些维度展开？ ②能力迁移：本次实践让你对"科学—技术—工程"融合有了什么体会？ ③中考对接：以"项目式学习/实践报告"形式考查综合素养。 课堂总结 一、活动目标 　巩固 O2 性质与实验室制氧原理；了解物质定量转化方法；综合多学科知识解决实际问题 二、任务链 　任务一 了解需求（场景·特点）→ 任务二 获取信息（商品化类型·与实验室对比） 　→ 任务三 设计制作（选原理·绘图·算用量·制作·试验·写说明书）→ 展示交流 三、核心能力：需求分析·原理选型·定量计算·工程制作·迭代优化·表达评价 板书设计 跨学科实践活动4 简易供氧器 需求：登山/医疗/潜水 → 便携·安全·易操作·低成本 原理：过氧化氢制氧气 设计：原理 + 发生/收集装置 + 安全控制 流程：设计 → 制作 → 试验 → 优化 → 说明书 教学反思 本活动工程性强，学生热情高，但易出现"重制作轻计算""装置漏气"等问题。需在任务三加强"用量计算"支架（提供计算模板），并提前准备密封件、导管等材料包。试验时用带火星木条检验氧气直观有效。因课时限制，制作与展示宜跨2课时，或课内设计+课外制作。安全是底线，过氧化氢浓度须控制、避免密闭加热。 分层作业 基础任务：完成本组供氧器的设计图与试剂用量计算，提交设计方案。 提升任务：动手制作并试验供氧器，编写使用说明书，参与班级展示互评。 拓展任务（选做）：调查社区或医院的真实供氧设备，写一份"从实验室到产品"的观察报告（300字）。 学科网（北京）股份有限公司 $